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Materiales aeronáuticos

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1 MATERIALES FERROSOS ¿Qué es un material? ¿ Que es un material Ferroso?

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Agua

Amoniaco Dióxido de azufre

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1 MATERIALES ¿Qué es un material? Es una sustancia conformada por átomos ó moléculas Los materiales solamente conformados por átomos se llaman elementos Los materiales conformados por moléculas se llaman compuestos.

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UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1 MATERIALES FERROSOS

Todos los materiales que contienen como base el elemento hierro(fierro) se les llama “MATERIALES FERROSOS”.

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.1 HIERROS ¿Qué es el Hierro (Fierro)? El hierro (Elemento) , Material que contiene en su núcleo 26 protones.

¿Qué es una aleación? Es un compuesto de 2 o mas elementos combinados

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.1 ALEACIONES DE HIERRO En la industria aeronáutica se emplean varios tipos de aleaciones. Una de estas muy importante es la que se compone de los elementos Fierro y Carbono. En cantidades especificas. Estas cantidades definen las propiedades de la aleación resultante.

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.1 ALEACIONES DE HIERRO Para realizar una aleación con metales estos deben fundirse y mezclarse en cantidades determinadas Para fundir un metal hay que elevar la temperatura hasta alcanzar su punto de fusión Después se disminuye la temperatura pasando por diversas fases hasta estabilizarse

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.1 ALEACIONES DE HIERRO Si a una muestra de hierro agregamos 6.67% de carbono obtenemos una aleación muy usada en la industria llamada Hierro Fundido. Si a la muestra de hierro le reducimos el porcentaje de hierro hasta un poco mas de 2% seguirá siendo Hierro fundido. Pero cuando llegamos a 2% la aleación presenta ciertas características que la hacen muy especial dentro de todas las aleaciones , a la cual se le da el nombre de ACERO.

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UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.1 ALEACIONES DE ACERO Una vez que conocemos que es un acero, a este podemos agregarle otros elementos para formar aleaciones con diferentes características Estos elementos de aleación por lo regular son metales, los mas usualmente usados son: Aluminio, cromo, cobalto, magnesio, molibdeno, níquel Estas aleaciones se utilizan en la construcción de motores reactores para aeronaves

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1.1.2 ALEACIONES DE ACERO USADAS EN LAS AERONAVES Actividad Formar equipos de 4 personas c/equipo. De acuerdo a la tabla siguiente identificar que tipo de material utilizarías para diseñar una aeronave, dibuja el croquis de la aeronave y explica ¿porqué ? utilizaste ese material

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1.1.3 PROPIEDADES DE LAS ALEACIONES Los materiales poseen una gran cantidad de propiedades que los hacen útiles para la fabricación de elementos que utilizamos en nuestra vida diaria. Algunas de las mas importantes son las siguientes:

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Resistencia Mecánica: Es la oposición al cambio de forma y a las fuerzas externas que se pueden presentar como compresión, cizalle, flexión, torsión, tensión.

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Resistencia Mecánica:

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Resistencia Mecánica:

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.3 PROPIEDADES DE LAS ALEACIONES Fragilidad: es la propiedad que expresa falta de plasticidad, los metales frágiles se rompen cuando se sobrepasa la carga del limite elástico. Tenacidad: se define como la resistencia a la rotura por esfuerzos que deforman el metal; por lo tanto un metal es tenaz si posee cierta capacidad de dilatación. Dureza: Es la oposición que ofrece un cuerpo a ser rayado por otro.

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES Ductilidad: Es la capacidad que tienen los materiales para sufrir deformaciones a tracción relativamente alta, hasta llegar al punto de fractura Elasticidad: Es la capacidad de un cuerpo para recobrar su forma al dejar de actuar la fuerza que los ha deformado Plasticidad: es la capacidad de deformación de un metal sin que llegue a romperse, si la deformación se produce por alargamiento se llama ductilidad y por compresión, maleabilidad.

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.3 PROPIEDADES DE LAS ALEACIONES Tarea 1. Define 3 de las propiedades generales de una aleación. 2. Ilustrar cada una de las propiedades de los materiales mencionadas en este tema. 3. Elige una aleación e investiga sus propiedades. Entregar la próxima clase.

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.4 TRATAMIENTOS TERMICOS Se conoce como tratamiento térmico al proceso que comprende el calentamiento de los metales o las aleaciones en estado sólido a temperaturas definidas, manteniéndolas a esa temperatura por suficiente tiempo, seguido de un enfriamiento a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar sus propiedades físicas y mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los sólidos cerámico.

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.4 TRATAMIENTOS TÉRMICOS

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1.1.4 TRATAMIENTOS TÉRMICOS Los tratamientos térmicos que pueden aplicarse al acero sin cambiar en su composición química son: Temple Revenido Recocido Normalizado

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.4 TRATAMIENTOS TERMICOS

Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etc.

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.4 TRATAMIENTOS TERMICOS

Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.

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1.1.4 TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Recocido:

Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la dureza que produce el trabajo en frío y las tensiones interna.

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1.1.4 TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Normalizado:

Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.

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1.1.4 TRATAMIENTOS TÉRMICOS Cuestionario 1. Lista los tratamientos térmicos que se le aplican al acero. 2. Describe el proceso de templado. 3. Para que sirve un recocido.

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES Hasta ahora hemos identificado las propiedades que deben tener los materiales y en específico los aceros Pero debemos verificar que estos aceros cumplan con las propiedades que hemos definido Para esto se realizan pruebas mecánicas como las siguientes: Ensayo de dureza Ensayo de tensión Ensayo de doblez Ensayo de impacto Ensayos de fatiga

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES Ensayo de dureza

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1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES Ensayo de dureza La siguiente figura nos indica como tomar la dureza de un material

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES

Ensayo de dureza

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES

Ensayo de dureza Las siguientes figuras nos muestran el equipo utilizado para tomar la dureza de un material.

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES La dureza Brinell

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES La dureza Rockwell.

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES La dureza Vickers

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES Comparación de las durezas

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES

Ensayos de tensión Para determinar los esfuerzos que un material puede soportar se realiza la prueba de tensión

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES Ensayos de tensión

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES Ensayos de doblez

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES

Ensayos de Doblez

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES Ensayos de impacto

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES Ensayos de impacto

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES Ensayos de impacto

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES Ensayos de fatiga

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.1.5 PRUEBAS MECANICAS APLICABLES

Cuestionario 1. Lista las pruebas mecánicas que se aplican a los materiales y en específico a los aceros. 2. Describe la prueba de dureza. 3. Que prueba se utiliza para determinar la resistencia de fractura de un material.

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1.2 Materiales no ferrosos Los materiales no ferrosos son aquellos que no contienen hierro 1.2.1 Aleaciones no ferrosas Las exigencias actuales obligan a utilizar elementos metálicos cuyas características no siempre son satisfechas por las aleaciones férreas.

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1.2 Materiales no ferrosos Con frecuencia se exige de los metales Buena resistencia a la corrosión. Elevada conductividad térmica o eléctrica. Poco peso y gran resistencia mecánica. Alta resistencia al desgaste.

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UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES Clasificación: Pesados Su densidad es igual o mayor de 5kg/dm cúbico . Tales como: Estaño, Cobre, Zinc, Plomo, Níquel, Wolframio y Cobalto.

Ligeros Su densidad está comprendida entre 2 y 5kg/dm cúbico. Tales como: Aluminio y Titanio.

Ultraligeros Su densidad es menor de 2kg/dm cúbico. Tales como: Magnesio y Berilio.

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.2.1 Aleaciones no ferrosas

Aluminio y Magnesio El aluminio y el magnesio son metales ligeros. Por ese motivo se usan frecuentemente en la aeronáutica, el aluminio se encuentra generalmente en la tierra mientras que el magnesio se encuentra principalmente en el fondo del mar y por lo mismo es difícil de extraer.

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Magnesio

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES 1.2.1 Aleaciones no ferrosas El Magnesio es un material que se caracteriza por ser el más ligero de los metales estructurales, pero tiende a oxidarse fácilmente y es altamente inflamable.

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1.2.1 Aleaciones no ferrosas ALUMINIO: Es un metal blando, de color blanco y se usa cuando se necesita un metal ligero y anticorrosivo. El aluminio suele tener aleación de otros metales para aumentar su resistencia y rigidez. Se usa mucho en la construcción de aviones porque pesa la tercera parte del acero.

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ALUMINIO 2024 USOS MÁS FRECUENTES Industria aeroespacial, remaches, productos de ferretería, partes roscadas y otras aplicaciones estructurales.

COMPOSICIÓN QUIMICA EN % % Min

Si

Fe

Cu 3.80

Mn 0.30

Mg 1.20

Cr

Zn

Ti

Zr + Bi

Otros

Al

Max

0.50

0.50

4.90

0.90

1.80

0.10

0.25

0.15

0.20

0.15

Resto

PROPIEDADES MECANICAS Dureza Brinell: 120

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ALUMINIO 2024 PROPIEDADES FÍSICAS

PROPIEDADES TECNOLÓGICAS

Proceso Soldabilidad: Electrón Beam Gas Inerte (TIG o MIG) Por resistencia Brazing Embutido Profundo Recocido Semi duro Duro

Repujado

Temple 0

Coef. De dilatación (0 a 100ºC) Densidad [gr/cm3]

2.77

Rango de fusión ºC]

500 – 638

Modulo de elasticidad [MPa] Coeficiente de Poisson

Clasificación B D A B

73000

0.33

Proceso Maquinabilidad (Temple T3): Corte de viruta Brillo de sup. Mecanizada Resistencia a la corrosión Agentes atmosféricos Ambiente marino Anodizado Protección Brillante Duro

22.9

[ºC-¹ x 10⁶] Conductividad Térmica (0 a100 ºC) [W/m ºC]

Temple T3: 120

Resistividad a 20 ºC[μΩ

Temple T3: 5.7

cm]

Calor especifico (0 a 100ºC)

920

Clasificación

B B

C D C B C

Clasificación: (A) Muy buena (B) Buena (C) Aceptable (D) Pobre o No Recomendado

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ALUMINIO 6061 USOS MÁS FRECUENTES Industria aeroespacial, remaches, productos de ferretería, partes roscadas y otras aplicaciones estructurales. Componentes de chapa conformada y/o soldada, piezas mecánicas, industria del plástico, camiones, torres, canoas, vagones, muebles, cañerías y otras aplicaciones estructurales donde se requiera soldabilidad y resistencia a la corrosión y mecánica.

COMPOSICIÓN QUIMICA EN % % Min

Si

Max

0.80

Fe

0.40 0.70

Cu 0.15

Mn

0.40

0.15

Mg 0.80

Cr

1.20

0.35

Zn

Ti

Otros

Al

0.25

0.15

0.15

Resto

0.04

PROPIEDADES MECANICAS Dureza Brinell: 65

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ALUMINIO 6061 PROPIEDADES FÍSICAS

PROPIEDADES TECNOLÓGICAS

Proceso Soldabilidad: Electrón Beam Gas Inerte (TIG o MIG) Por resistencia Brazing Embutido Profundo Recocido Semi duro Duro

Repujado

Temple 0

Coef. De dilatación (0 a 100ºC) Densidad [gr/cm3]

2.7

Rango de fusión ºC]

575 – 650

Modulo de elasticidad [MPa] Coeficiente de Poisson

Clasificación A B B B

69500

0.33

Proceso Maquinabilidad (Temple T6): Corte de viruta Brillo de sup. Mecanizada Resistencia a la corrosión Agentes atmosféricos Ambiente marino Anodizado Protección Brillante Duro

23.6

[ºC-¹ x 10⁶] Conductividad Térmica (0 a100 ºC) [W/m ºC]

Temple T6: 167

Resistividad a 20 ºC[μΩ

Temple T6: 4.0

cm]

Calor especifico (0 a 100ºC)

Clasificación

C A

A B A C A

940

Clasificación: (A) Muy buena (B) Buena (C) Aceptable (D) Pobre o No Recomendado

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ALUMINIO 6063 USOS MÁS FRECUENTES Industria aeroespacial, remaches, productos de ferretería, partes roscadas y otras aplicaciones estructurales.

COMPOSICIÓN QUIMICA EN %

Producto Barras

% Min

Si 0.20

Fe

Cu

Mn

Mg 0.45

Cr

Zn

Ti

Max

0.60

0.35

0.10

0.10

0.90

0.10

0.10

0.10 0.15

Temple

Dureza Brinell

T0

25

T1

42

T4 T5

60

T6

73

PROPIEDADES MECANICAS

Otros

Al Resto

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES

ALUMINIO 6063 PROPIEDADES FÍSICAS

PROPIEDADES TECNOLÓGICAS

Proceso Soldabilidad: Electrón Beam Gas Inerte (TIG o MIG) Por resistencia Brazing Embutido Profundo Recocido Semi duro Duro

Repujado

Temple 0

Coef. De dilatación (0 a 100ºC) Densidad [gr/cm3]

2.69

Rango de fusión ºC]

615 - 655

Modulo de elasticidad [MPa] Coeficiente de Poisson

Clasificación A A A A

68300

0.33

Proceso Maquinabilidad (Temple T3): Corte de viruta Brillo de sup. Mecanizada Resistencia a la corrosión Agentes atmosféricos Ambiente marino Anodizado Protección Brillante Duro

23.4

[ºC-¹ x 10⁶] Conductividad Térmica (0 a100 ºC) [W/m ºC]

Temple T6: 201

Resistividad a 20 ºC[μΩ

Temple T6: 3.3

cm]

Calor especifico (0 a 100ºC)

900

Clasificación

B A

A A A C A

Clasificación: (A) Muy buena (B) Buena (C) Aceptable (D) Pobre o No Recomendado

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES Cobre Es un metal de color rojo, muy maleable dúctil el estado de alta pureza, posee una elevada conductividad térmica y eléctrica, el cobre en condiciones en los atmosféricas normales es bastante resistente a la corrosión, pero cuando la temperatura es húmeda se descubre con una capa verde jade platina o cardenillo que los protege de ulteriores ataques. Gracias a su alta conductividad eléctrica, Ductilidad y Maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.

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UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES Cobre Propiedades Elevada conductividad del calor y electricidad, resistente a la corrosión, dúctil y maleable. El cobre tiene una gran variedad de aplicaciones a causa de sus ventajosas propiedades, como son su elevada conductividad del calor y electricidad, la resistencia a la corrosión, así como su maleabilidad y ductilidad.

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UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES Níquel El níquel es un metal blanco ligeramente pálido y brillante, es duro y muy tenaz cuando contiene una pequeña cantidad del Carbono, se vuelve maleable dejándose laminar, pequeños porcentajes de magnesio, en muy resistente a la corrosión atmosférica, y aliado a hierro le imparte gran resistencia a la oxidación.

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES Níquel Se utiliza como protección para el acero en elementos de turbinas. La mayor parte del níquel se usa para fabricar acero inoxidable. Además puede combinarse con otros elementos, como por ejemplo Cloro, Azufre y Oxígeno para formar compuestos de níquel.

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES Níquel Muchos compuestos de níquel se disuelven fácilmente en agua y son de color verde. Los compuestos de níquel se usan en niquelado, para colorear cerámicas, para fabricar baterías y como catalizadores, que son sustancias que aceleran las reacciones químicas.

UNIDAD 1 MATERIALES DE AERONAVES Níquel

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1.2.1 Aleaciones no ferrosas NIQUEL: Es un metal muy duro y resistente a la corrosión. Se utiliza como protección para el acero en elementos de turbinas, aumenta la resistencia y tenacidad

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1.2.1 Aleaciones no ferrosas CROMO: es un metal de transición duro, frágil, gris acerado y brillante. Es muy resistente frente a la corrosión

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1.2.1 Aleaciones no ferrosas COBALTO: El cobalto es un metal duro ferromagnético de color blanco azulado utilizado principalmente en aleación con aceros

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1.2.1 Aleaciones no ferrosas MOLIBDENO: El molibdeno es un metal de transición. Este metal puro es de color blanco plateado y muy duro; además, tiene uno de los puntos de fusión más altos de entre todos los elementos.

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1.2.1 Aleaciones no ferrosas MANGANESO: El manganeso es un metal

de transición blanco grisáceo, parecido al hierro. Es un metal duro y muy frágil, refractario y fácilmente oxidable. El manganeso metal puede serferromagnético, pero sólo después de sufrir un tratamiento especial

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1.2.1 Aleaciones no ferrosas Estos elementos se combinan para formar aleaciones que se utilizan en la construcción de elementos en la industria aeronautica Acero – Cromo: Esta aleación conocida como acero inoxidable se utiliza para fabricar

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1.2.1 Aleaciones no ferrosas En aleaciones, por ejemplo, el acero inoxidable es aquel que contiene más de un 12% en cromo. Cobalto Aleaciones entre las que cabe señalar superaleaciones usadas en turbinas de gas de aviación, aleaciones resistentes a la corrosión,

SÚPER-ALEACIONES O SUPERALLOYS Los súper-aleaciones o superalloys de alto funcionamiento tienen una fuerza mecánica excelente y una resistencia al deslizamiento en temperaturas altas, buena estabilidad en la superficie, resistencia a la corrosión y a la oxidación. Típicamente tienen una estructura austenitica de cristales cúbicos de caratula centrada y su base es de aleaciones que contienen elementos como níquel, cobalto, o níquel-hierro. El desarrollo de las súper-aleaciones han sido principalmente enfocadas en la industria aeroespacial y eléctrica. Las súper-aleaciones resistentes a la corrosión son ampliamente usadas en ambientes extremos, donde una gran resistencia al calor y a la corrosión son muy importantes para la integridad del producto final. Los superalloys o súper-aleaciones son ampliamente usadas en procesos químicos y petroquímicos, plantas eléctricas, e industrias de gas y petroleo. Muchas de las súper-aleaciones industriales con base en níquel contienen elementos aleados que incluyen Cromo (Cr), Aluminio (Al), Titanio (Ti), molibdeno (Mo), Tungsteno (W), Niobio (Nb), Tantalio (Ta), y Cobalto (Co). Superaleaciones o Superalloys A.K.A., aleaciones de gran funcionamiento, han llegado a ser la opción de acero para resistencia a la corrosión y de gran versatilidad. Disponibilidad de las Súper-aleaciones. Mega Mex le ofrece la mayoría de las súper-aleaciones en presentaciones como placa, lámina, barra, tubo, “tubing” (con costura y sin costura), alambre y conexiones. ¿Cuáles aleaciones de níquel son Súper-aleaciones? Aleación C-276, también conocida como Hastelloy C-276 marca registrada. Aleación X, también conocida como Hastelloy X o Inconel HX marcas registradas. Aleación 718, también conocida como Inconel 718 marca registrada. Aleación 20. ¿En cuáles aplicaciones son usadas las Súper-aleaciones? Industria aeroespacial. – Cuchillas de las turbinas y motor de Cohetes. Industria marina – Submarinos Industria de Procesos químicos. Reactores Nucleares. Tubos de intercambiadores de calor. Turbinas de gas industrial. ¿Cuáles son las características de las Superaleaciones? Excelente fuerza mecánica y resistencia al deslizamiento en altas temperaturas. Buena estabilidad en la superficie. Resistencia a la corrosión y a la oxidación. Curiosidades de las súper-aleaciones El término “súper-aleaciones” fue usado poco después de la segunda guerra mundial, para describir un grupo de aleaciones desarrolladas para uso en turbocompresores y turbinas de motor de aviones que requerian un alto funcionamiento a elevadas temperaturas.

Fin del primer Capítulo